第一章直流电机2.ppt

第一章 直流电机Chapter 1  DC Machines 本章教学基本要求： 1.了解直流电机主要结构，注意换向器和电刷的作用； 2.熟悉直流发电机和电动机基本工作原理，熟悉电枢反应，理解感应电势和电磁转矩这两个机电能量转换要素的物理意义，掌握求解它们的计算方法； 3.掌握直流电机的运行原理，电势、转矩平衡方程式，以及不同励磁方式的直流电机的工作特性； 4.了解直流电机的换向。 重点和难点 重点： 直流电机的基本平衡方程式和工作特性。 难点： 电枢反应。 本次课程教学要求 了解直流电机基本结构 熟悉直流电机的额定值 掌握直流电机基本工作原理 机电能量关系 直流电机（dc machines）是将机械能转换为直流电能或将直流电能转换为机械能的一种装置。 把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机(dc generators )。 把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机(dc motor )。 1.1直流电机的结构及基本工作原理 1.1.1直流电机的基本工作原理 1、直流发电机的基本工作原理 直流发电机的工作原理是建立在电磁感应定律基础上的。 （下面用简单直流电机模型来说明工作原理） 说明 给励磁绕组(the exciting winding)通入直流电，使在空中固定不动的主磁极呈现上为N极、下为S极（主磁极也可以是永久磁铁做成）。在N和S极之间有电枢，电枢铁芯上安放着由A和X两根导体组成的电枢线圈，线圈的首端（A）和末端（X）分别连在两个相互绝缘的半圆形铜质换相片上，换相片形成的整体称为换相器。换相器固定在转轴上，且与转轴绝缘。换相片上安放着一对固定不动的电刷B1和B2，电刷能与外电路连接。 气隙磁密分布 定子、转子和气隙 定子(stator) 在空中固定不动的部分（主磁极、电刷等）称为定子。 转子(rotor) 随转轴转动的部分（线圈、电枢铁芯、换相器等）称为转子（或称电枢(armature) ） 气隙(air gap) 定、转子之间有一空隙，称为气隙。 发电机工作情况 当原动机带动电枢逆时针方向旋转时 导体切割磁力线，根据电磁感应定律，导 体内产生感应电势，大小：e=Bxlv（V） 其中：Bx——导体所在处的磁通密度（Wb/m2）, l ——导体的有效长度（m）， v ——导体的线速度（m/s）。 感应电势方向 感应电势方向由右手定则判定： 伸开右手使大拇指与四指呈90°， 当磁力线指向手心，大拇指指向导体运 动方向，则四指的指向为导体中感应电 势方向。 分析 ωt=0°时，A端为☉，与之相接触的电刷B1为+，X端为⊕，与之相接触的电刷B2为-；当电枢旋转了180°后，即ωt=180°时，X端旋转到N极下，X端为☉，A端旋转到S极下，A端为⊕。 换向器作用Commutator Action 从分析中可得出： N极下导体电势指向纸外，电刷B1总为+；S极下导体电势指向纸内，电刷B2总为-，不难看出，线圈中的电势是交流电势，而通过换向器的作用，使电刷间的电势为直流电势。 换向器和电刷作用(brush) 换向器和电刷的共同作用：①将线圈中的交流电势整流成刷间的直流电势；②把转动的电路与外面不转的电路连接。 从刷间电势波形看，电势脉动很大，为了减小电势的脉动程度，实际电机采用很多元件组成电枢线圈，均匀分布在电枢表面，并按一定规律连接，刷间串联元件数增多，脉动减小，就得到所需的直流电。 2、直流电动机的基本工作原理 将直流电加到电刷上（B1为+、B2为-），线圈AX上就有电流通过（A端为⊕、X端为☉），根据电磁力定律，载流导体在磁场中要受力，大小为：f=Bxli（N），其中i为流过导体中的电流（A），方向由左手定则确定，伸开左手使大拇指与四指呈90°，当磁力线指向手心，四指的指向为导体中电流方向，则大拇指指向导体受力方向。 在电动机中换向器和电刷的作用 换向器和电刷的共同作用是： ①将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电； ②把外面不转的电路与转动的电路连接。 直流电动机工作原理示意图 图1-3 直流电动机工作原理图 直流机结构 直流电机的基本结构 1.1.2直流电机的基本结构 直流电机由两大部分组成： 定子（